Simulator Partikel Bermuatan dalam Medan Magnet
Persamaan dalam simulasi ini
| q | Muatan q (dalam satuan e) | e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C; tandanya menentukan ke arah mana ia berbelok | |
|---|---|---|---|
| v | Kecepatan v (m/s, sebagai pangkat 10) | ||
| B | Medan magnet B (tesla) | panah-panah itu; magnet kulkas sekitar 0,01 T, mesin MRI 1,5 sampai 3 T | |
| F | gaya Lorentz | selalu tegak lurus v dan B, jadi bagian magnetnya membelokkan lintasan tetapi tidak pernah mengubah kelajuan |
Dengan nilai saat ini:
| m | Massa m (satuan massa atom u, sebagai pangkat 10) | 1 u = 1.6605 × 10⁻²⁷ kg | |
|---|---|---|---|
| v⊥ | kecepatan tegak lurus medan | v sin(sudut); bagian sepanjang B tidak tersentuh, sehingga lingkaran teregang menjadi heliks | |
| γ | faktor relativistik 1 ÷ √(1 − v²/c²) | mendekati 1 di bawah sepersepuluh kecepatan cahaya | |
| r | jari-jari lingkaran (jari-jari girasi) |
Dengan nilai saat ini:
| f | frekuensi siklotron | sama berapa pun kecepatannya (sampai γ membesar), dan inilah yang membuat siklotron bisa mempercepat partikel dengan tegangan berfrekuensi tetap | |
|---|---|---|---|
| T | periode satu putaran |
Dengan nilai saat ini:
| h | jarak sepanjang B per putaran | v cos(sudut) × T | |
|---|---|---|---|
| v_drift | kecepatan drift E × B | dengan medan listrik tegak lurus B, setiap partikel bermuatan hanyut ke samping dengan E ÷ B, sama untuk semuanya; pemilih kecepatan hanya meloloskan partikel dengan kecepatan tepat sebesar itu |
Dengan nilai saat ini:
Cara memakai simulator partikel bermuatan dalam medan magnet
- Pilih proton, elektron, partikel alfa atau muatan dan massamu sendiri, lalu atur kecepatannya, kuat medan dan sudut antara kecepatan dan medan. Panah biru adalah medannya; panah hijau di partikel adalah kecepatannya dan panah merah gaya Lorentz.
- Pada 90° partikel berputar mengikuti lingkaran; pada sudut lebih kecil, bagian kecepatan sepanjang medan membawanya maju sambil berputar, membentuk heliks. Baca jari-jari, periode, frekuensi siklotron dan jarak ulir, yang dihitung di bawah dengan angkamu. Partikel selalu digambar dengan ukuran tetap, jadi elektron lambat dan partikel alfa cepat tampak sama; jari-jari di bawah gambar menunjukkan betapa berbedanya.
- Tambahkan medan listrik yang tegak lurus medan magnet: lingkaran kini hanyut ke samping dengan E ÷ B, sama untuk setiap partikel, begitulah pemilih kecepatan bekerja. Tampilan Peristiwa Tumbukan Partikel menunjukkan pembelokan yang sama, yang dipakai untuk mengukur momentum partikel di detektor.
Pertanyaan umum
Apa itu gaya Lorentz?
Gaya pada muatan q yang bergerak dengan kecepatan v melalui medan listrik E dan medan magnet B: F = q(E + v × B). Bagian magnetnya tegak lurus kecepatan dan medan, jadi mengubah arah partikel tetapi tidak pernah kelajuan atau energinya. Muatan yang diam, atau bergerak sepanjang medan, tidak merasakan gaya magnet sama sekali.
Bagaimana mencari jari-jari lingkarannya?
r = m v ÷ (|q| B), dengan menyamakan gaya magnet qvB dengan gaya sentripetal mv²/r. Partikel yang lebih cepat atau lebih berat membuat lingkaran lebih lebar; medan yang lebih kuat dan muatan yang lebih besar membuatnya lebih sempit. Proton dengan 10⁶ m/s dalam 0,5 T berputar dengan jari-jari sekitar 2 cm; elektron dengan kecepatan sama, sekitar 11 µm.
Mengapa frekuensi siklotron tidak bergantung pada kecepatan?
Karena partikel yang lebih cepat menempuh lingkaran yang sebanding lebih besar: jari-jari tumbuh dengan v, kelilingnya juga, dan waktu per putaran, 2πm ÷ (qB), tetap sama. Siklotron memanfaatkan ini untuk mempercepat partikel dengan tegangan bolak-balik berfrekuensi tetap selama partikel berspiral ke luar. Mendekati kecepatan cahaya, suku γm membesar dan waktunya bergeser, karena itu mesin yang lebih besar berupa sinkrotron.
Apa itu drift E × B?
Dengan medan listrik yang tegak lurus medan magnet, partikel dipercepat di separuh lingkarannya dan diperlambat di separuh lainnya, jadi lintasannya lebih lebar di satu sisi dan ia bergeser ke samping, tegak lurus kedua medan, dengan v = E ÷ B. Partikel positif dan negatif hanyut ke arah yang sama dengan kecepatan yang sama. Pemilih kecepatan mengatur E dan B sehingga hanya partikel dengan v = E ÷ B yang lewat lurus.
Katanya WebGL dimatikan.
Tampilan 3D memerlukan WebGL, yang dimiliki semua browser terkini. WebGL bisa nonaktif jika akselerasi perangkat keras dimatikan di pengaturan browser, atau karena driver grafis yang sangat lama. Nyalakan akselerasi perangkat keras, atau coba browser lain.
Apakah ada yang diunggah?
Tidak. Simulasi digambar oleh browser Anda sendiri dengan WebGL; tidak ada yang dikirim ke mana pun, dan simulasi tetap berjalan offline setelah halaman dimuat.